Lua

Black version of the submarine in UFRJ Nautilus' logo.

O NOVO AUV

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CINTURÃO E PARTE INTERNA

Peça do Main-Hull que tem a função de servir como interface entre a parte externa do AUV e a parte interna através de conectores submarinos. O cinturão também tem em si a função de vedação feita por o'rings localizados em pequenas cavidades em suas extremidades.

FRAME

Estrutura utilizada com o intuito de juntar e carregar todos os componentes que não fazem parte do Main-Hull, como hidrofones, braço mecânico e anexo da bateria.

The robot's frame. A simple frame made with aluminum extrusions.
The gripper. A mechanical arm that oppens and closes its grippers.

BRAÇO MECÂNICO

Atuador utilizado para a realização de provas de manipulação de objetos.

HIDROFONE

Arranjo de hidrofones utilizado para captar os diferentes sinais de ping, em diferentes frequências. Esses sinais após serem coletados servem para a geolocalização subaquática.

An array of four hydrophones and a harness to attach it to the frame.
Kill switch render. A slide switch made of plastic with on and off indications.

KILL SWITCH

Kill switch é o componente responsável pelo desligamento do sistema principal do AUV, para caso haja uma emergência, seja possível os desligar de forma manual, a partir de um interruptor e com isso preservar a parte interna do robô.

VISÃO GERAL

SIMULAÇÕES FEA

Foram feitas  simulações FEA na abraçadeira do cinturão para escolha do material de fabricação usando o software Ansys analisando as deformações máximas para cada um dos materiais testados.

Simulação FEA feita utilizando o software Ansys feita no cinturão para confirmar material previamente escolhido a partir de sua deformação total máxima.

Usando o software Ansys foram feitas simulações com diferentes dimensões de largura para o braço lateral e com a força aplicada em diferentes lugares para analisar a deformação total e o estresse equivalente em cada caso e assim, dimensionar o braço da melhor maneira.

Foram feitas simulações do aro interno  usando o software Ansys com o objetivo de analisar a deformação total sofrida com diferentes dimensões e diferentes materiais para saber se o aro interno suportaria o peso dos componentes eletrônicos.

FLUIDODINÂMICA COMPUTACIONAL

Eletrônica

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PLACA DOS SENSORES/ATUADORES

Placa de gerenciamento dos sensores do LUA, ela é feita como um sistema embarcado utilizando um microcontrolador ATMEGA 328P. Esse sistema armazena os dados dos sensores do AUV, o BAR 30 (sensor de pressão externo); o BMP180 (sensor de pressão interno) e o Leak Sensor (sensor de vazamento). Nessa PCB, há também o acionamento dos três atuadores: o torpedo, com um chaveamento realizado com um transistor BJT NPN; o lança marcadores, com uma ponte H L298N; e o braço mecânico com as saídas em formato de header com a alimentação e um sinal PWM.

PLACA DOS MOTORES

Essa PCB é a responsável pelo controle dos motores e é dividida em três partes: potência; controle; proteção. Na parte de potência, existe um conector ATX24 responsável por receber a energia necessária para o funcionamento do sistema. A parte do controle é comandada por um ATMega 2560, onde é armazenado o código responsável pelo controle da rotação dos propulsores que eletricamente é feito pelo ESC (Electronic speed control) após receber um sinal PWM. E na parte de proteção, são feitas leituras de corrente para o sistema poder ser desligado em caso de sobrecarga.

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PLACA DOS HIDROFONES

Placa responsável pela aquisição de dados provenientes das medições dos sinais acústicos captados pelos hidrofones. Ela é composta pelo filtro; topologia butterworth e os estágios de amplificação do sinal.

BACKPLANE

Placa responsável pela distribuição de energia da eletrônica interna. Nela, entra a energia vinda da bateria e é feita sua regulação, com a diminuição de tensão contínua para 12V, 5V e 3,3V. E nela também é feita a comunicação de todos os sistemas com o computador interno (Jetson TX2).

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Software

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SIMULAÇÃO DA PISCINA EEFD

A fim de criar um ambiente virtual semelhante ao ambiente real onde testamos o robô, uma réplica da piscina da Escola de Educação Física e Desportos (EEFD) de nossa universidade foi criada no software de modelagem Blender, e então exportada para o Gazebo, onde são realizadas as simulações com o AUV.

SIMULAÇÃO DA PROVA

Além da simulação da piscina da EEFD, também foi feita uma réplica da piscina principal onde acontece a competição. A simulação também conta com muitos dos obstáculos presentes na competição, como o portão, boias, “dropper” e outros. Os arquivos que inicializam a simulação também carregam o modelo do nosso robô e diversos dos seus recursos e parâmetros. Foram criados arquivos diferentes para que apenas algumas das funcionalidades do AUV fossem testadas de cada vez, mas também existe um que faz uso de todos os seus atributos.

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BEAMFORM

Durante parte da competição, o AUV é guiado por dois “pingers”. Basicamente são duas fontes sonoras que emitem sinais omnidirecionais (em todas as direções). Nosso robô possui um conjunto de hidrofones que podem ser usados em união com a técnica de beamforming para identificar a origem das fontes sonoras, permitindo que o robô navegue pelas regiões da competição onde ele é guiado pelos pingers.

REDE NEURAL

A rede neural utilizada em nosso robô é a Darknet, e a partir dela nós utilizamos um sistema de detecção de objetos chamado YOLOv3-tiny. A rede neural pode ser treinada para identificar diversos objetos, como boias e o portão, auxiliando no direcionamento do robô. Visualmente, a rede neural atua criando “caixas delimitadoras” no objeto identificado, como pode ser visto na imagem.

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A 3D graph that shows the calculated trajectory the robot should take to go from a point to another.

SISTEMA DE CONTROLE

Controle PID (Proporcional Integral Derivativo) é uma técnica para obtenção de uma resposta a um erro qualquer. Esta metodologia de controle consiste no uso das informações de erro proporcional, integral e o derivativo, cada  qual com uma constante que define o peso de cada um, os quais são tunados de diversas formas. Em nosso caso, usamos o método “Ziegler-Nichols” para a determinação destes. Além disso, nosso erro não é nada mais do que a subtração entre as informações do destino e as atuais do nosso robô.